Sự tích hợp hợp tác giữa hấp thụ sóng điện từ và quản lý nhiệt hiệu quả là chìa khóa để đáp ứng những thách thức về nhiễu điện từ và tản nhiệt trong sự phát triển hiện nay của truyền thông tần số cao và các thiết bị điện tử thông minh Tuy nhiên, hai yêu cầu về độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của vật liệu thường mâu thuẫn và khó thống nhất Gần đây,Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Huang Wenhuan tại Trường Hóa học và Kỹ thuật Hóa họcĐạt được tiến bộ quan trọng trong lĩnh vực vật liệu chức năng điện từ với các cộng tác viên Nhóm nghiên cứu đã đề xuất một cách sáng tạo chiến lược lập trình tôpô điều khiển bằng entanpy, sử dụng sự phân hủy bùng nổ của các liên kết N-N' năng lượng cao để thúc đẩy quá trình tái thiết khung phối hợp tự lan truyền Không dựa vào các mẫu phức tạp và quy trình sản xuất bồi đắp, tiền thân của khung kim loại-hữu cơ đã được chuyển đổi tại chỗ thành mạng lưới carbon xốp với cấu trúc liên kết hai chiều giống như bề mặt tối thiểu ba chu kỳ (TPMS) Vật liệu này có cấu trúc phân cấp micro/meso/macroporous có thể được kiểm soát trên nhiều quy mô, đồng thời đạt được sự phân tán đồng đều cao của các hạt nano coban thông qua quá trình đốt cháy trung gian Vật liệu Co@1,2,3,4-NC đã chuẩn bị được tiếp tục kết hợp với polyimide và siêu nhẹ (~25 mg cm-3) Aerogel kỵ nước "City Guard I", có bộ xương kết nối kép giống TPMS cung cấp đường truyền điện tích liên tục để tăng cường tổn thất điện môi, tăng cường đáng kể sự tán xạ phonon thông qua các giao diện không đồng nhất dày đặc và các thành lỗ rỗng phân cấp, ngăn chặn sự truyền nhiệt một cách hiệu quả Kết quả thử nghiệm cho thấy Co@1,2,3,4-NC được tối ưu hóa đạt được mức suy hao phản xạ tối thiểu −53,97 dB và băng thông hấp thụ hiệu quả là 7,84 GHz ở mức lấp đầy thấp chỉ 15 wt%, bao phủ các dải X và Ku; thiết bị aerogel được lắp ráp thể hiện hiệu suất tổng hợp cách nhiệt và che chắn điện từ tuyệt vời trong phạm vi nhiệt độ rộng 80–220 ° C Công trình này cung cấp một mô hình mới để phát triển các vật liệu đa chức năng có cả chức năng tương thích điện từ và quản lý nhiệt trong bối cảnh thành phố thông minh thông qua thiết kế tích hợp cấu trúc liên kết nhiệt động lực học Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí học thuật Advanced Materials, có tựa đề "Lập trình cấu trúc liên kết theo hướng Enthalpy của (TPMS)-LikeCarbon Networks"
Hình ảnh1Lớp xây dựng truyền động EntanpyTPMSÝ tưởng tổng thể về cấu trúc liên kết Giải phóng năng lượng thông qua các tiền chất năng lượng, truyền dẫnCo@X-NCVật liệu này tạo thành một bộ khung cacbon không liên tục với nhiều khuyết tật và bề mặt phân cách dày đặc, đồng thời thể hiện vai trò của nó trong việc suy giảm điện từ và ức chế truyền nhiệt
Hình ảnh2 Co@X-NCQuy trình lập trình cấu trúc liên kết chuỗiaTái cấu trúc vi mô tương ứng với entanpy hình thành của các phối tử khác nhaub 2Dlát,3DMô hình, cấu trúc liên kết và mặt cắt ngang, hiển thị các tài liệu từSchwarz PTớiHGSự phát triển liên tục của loại mạng
Hình ảnh3 Co@X-NCDFT)a Cogiấy bạc,Co Pc、Co@1,3-NC、Co@1,2-NC、Co@1,2,4-NC、Co@1,2,3-NCvàCo@1,2,3,4-NCcủak² EXAFSBiến đổi phổ Wavelet;b Cô KbênXANESPhổ;c Cơgiấy bạc,Co Pcvà ở trênCo@X-NCMẫuCổ Kbênk²Có trọng sốEXAFSPhổ;d Co@1,2,3,4-NCCDD）；e Co@1,2,3,4-NC(ELF)Hình ảnh;f Co@1,2,3,4-NCthế năng tĩnh điện (ESP)Bề mặt đồng phân;g Co@1,2,3,4-NC;h Co@1,2,3,4-NC(DOS)Đường cong;i Co@1,2,3,4-NC(LDOS）
Hình ảnh4 Co@X-NCa,c TEMvàAC-TEMHiển thịCo@1,2,3,4-NCvà sự phân tán của các loài cobanb,d,eẢnh ba chiều điện tử thể hiện sự đóng từ thông, phân bố điện tích bề mặt và vectơ từ hóaf-h PoyntingMô phỏng vectơ và mật độ năng lượng minh họa sự phân rã nhanh chóng của năng lượng điện từ bên trong vật liệuiCác danh mục khác nhauTPMSSự phát triển của chế độ truyền điện từ trong cấu trúc liên kết
Hình ảnh5Cơ chế hồi phục điện môi, mất từ và phân cựcaSơ đồ định hướng lưỡng cực và tiêu tán năng lượng dưới tác dụng của trường điện từb-eHằng số điện môi phức,Cole-ColeĐường cong và độ thấm phức tạp cho thấy sức mạnh tổng hợp của sự phân cực đa cấp và sự mất từ tínhfVòng trễ chứng tỏ đặc tính sắt từ yếug N2Kết quả hấp phụ và giải hấp chỉ ra rằng cấu trúc có độ xốp cao giúp phối hợp trở kháng
Bài viết nổi bật:
1 Đề xuất chiến lược lập trình cấu trúc liên kết theo hướng entanpy, sử dụng sự phân hủy bùng nổ của các liên kết N-N' năng lượng cao để thúc đẩy quá trình tái cấu trúc tự lan truyền của khung phối hợp thành mạng lưới carbon xốp liên kết đôi giống như TPMS Bằng cách điều chỉnh entanpy hình thành tiền chất, cấu trúc liên kết liên tục phát triển từ cấu trúc lập phương đơn giản đến cấu trúc nhị phân phức tạp Một mối tương quan định lượng giữa entanpy và bất biến tôpô được thiết lập mà không cần dựa vào các mẫu và sản xuất bồi đắp
2 Co@1,2,3,4-NC được tối ưu hóa đạt được mức suy hao phản xạ tối thiểu −53,97 dB và băng thông hấp thụ hiệu quả là 7,84 GHz ở hàm lượng lấp đầy thấp là 15% khối lượng; nó được kết hợp thêm với polyimide để tạo thành một chất siêu nhẹ (~25 mg cm-3) Aerogel kỵ nước "City Guard I" kết hợp khả năng che chắn điện từ hiệu quả và hiệu suất cách nhiệt tuyệt vời trong phạm vi nhiệt độ rộng (80–220 °C), giải quyết các nhu cầu tổng hợp về khả năng tương thích điện từ và quản lý nhiệt
3 Thông qua hình ảnh ba chiều điện tử ngoài trục, mô phỏng dòng điện vòng GIMIC và tính toán DFT, người ta tiết lộ rằng kết cấu từ tính giống như xoáy và sự tích lũy điện tích giao diện trong cấu trúc liên kết giống TPMS giúp tăng cường sự mất mát điện môi từ; đồng thời, phân tích quang phổ của phonon cho thấy các dải phonon quang phẳng và chế độ rung cục bộ làm giảm hiệu quả vận tốc nhóm phonon và rút ngắn đường tự do trung bình, làm sáng tỏ nguồn gốc nội tại của hiệu suất cách nhiệt từ quy mô nguyên tử và cung cấp hướng dẫn lý thuyết phổ quát cho thiết kế tích hợp nhiệt động lực học-cấu trúc liên kết của vật liệu xốp đa chức năng
Liên kết gốc:
(Xác minh: Huang Wenhuan Biên tập: Liu Qian)
